Блетчли-парк и Enigma

Главное здание Блетчли-парка. Современный вид, 2017 год.

Центр правительственной школы кодов и шифров, объединявший математические, технические и организационные средства чтения германской шифрованной связи.

Тип: Британский криптоаналитический центр
Период: Вторая мировая война, 1939–1945 годы
Страна: Великобритания

Блетчли-парк и Enigma — история британского центра Government Code and Cypher School (GC&CS), в котором во время Второй мировой войны была создана крупномасштабная система перехвата, криптоанализа и использования сообщений, зашифрованных германскими машинами Enigma. Блетчли-парк не был местом единственного «взлома Enigma»: британская работа опиралась на довоенные исследования, прежде всего на результаты польского Бюро шифров, и постоянно перестраивалась вслед за изменениями германских машин и процедур.^[1]

Главным достижением Блетчли-парка стало превращение криптоанализа из работы небольших групп специалистов в производственную систему. Радиоперехват, анализ трафика, поиск вероятного открытого текста, электромеханические Bombe, проверка найденных ключей, дешифровка, перевод и разведывательная оценка были соединены в непрерывную цепочку. К 1943 году одна только Hut 6 ежедневно атаковала более двадцати ключей Enigma и выпускала несколько тысяч дешифровок.^[2]

Government Code and Cypher School

Government Code and Cypher School была британской государственной организацией криптоанализа и защиты связи, предшественницей современного GCHQ. В предвоенные годы её возглавлял Алистер Деннистон. После начала войны основная работа была перенесена в усадьбу Блетчли-парк в Бакингемшире, удобно расположенную между Лондоном, Оксфордом и Кембриджем и связанную железными дорогами с другими частями страны.

Первые подразделения размещались в особняке и построенных рядом деревянных бараках — huts. По мере роста организации появились крупные кирпичные блоки. Названия Hut 6, Hut 8 и других подразделений сохранились даже после того, как часть персонала физически переехала в новые здания.

Блетчли-парк следует понимать не как одну комнату с группой математиков, а как центр большой сети. Тысячи перехваченных радиосообщений поступали с британских и зарубежных станций наблюдения; сведения о частотах, позывных и структуре сетей анализировались параллельно с самим шифртекстом.

Польский фундамент

До войны британские криптоаналитики изучали коммерческие варианты Enigma и добились успехов против некоторых менее защищённых систем, но германская военная машина оставалась значительно более трудной задачей. Польская сторона продвинулась намного дальше.

25–26 июля 1939 года на встрече в Пырах под Варшавой поляки раскрыли британским и французским представителям результаты, накопленные с 1932 года: восстановленную проводку военной Enigma, методы поиска ключей, перфорированные листы Зыгальского, bomba kryptologiczna и копии машины.^[3]

GCHQ позднее характеризовал эту передачу как событие, преобразившее британский подход к Enigma. В январе 1940 года Алан Тьюринг встретился с польскими криптоаналитиками, эвакуированными во Францию, и непосредственно обсуждал с ними накопленный опыт.^[1]

Поэтому распространённая формула «Тьюринг взломал Enigma» слишком груба. Тьюринг сыграл выдающуюся роль в разработке новых британских методов, особенно против военно-морской связи, но приступил к задаче после многолетнего польского прорыва и передачи его результатов союзникам.

Первые чтения в Блетчли-парке

После начала войны британцы первоначально использовали в том числе польские методы. Листы Зыгальского помогли восстановить чтение некоторых сетей, а развитие собственных способов эксплуатации германских ошибок позволило расширять успех.

По данным Bletchley Park Trust, первое успешное чтение военной Enigma в Блетчли-парке было достигнуто примерно 20 января 1940 года. Вскоре Hut 6 оформилась как подразделение, отвечавшее прежде всего за Enigma германской армии и Люфтваффе.^[2]

В первые месяцы это ещё не была стабильная возможность читать все германские сообщения. Ключи и процедуры различались по сетям, германская сторона вводила изменения, а британцам постоянно требовались новые криптоаналитические опоры.

Hut 6

Hut 6 стала главным центром работы против армейской и авиационной Enigma. Её первым руководителем был математик Гордон Уэлчман. Его вклад выходил далеко за рамки одной криптографической идеи: он одним из первых понял, что возможный успех потребует организации массовой обработки сообщений.^[4]

Уэлчман добивался расширения штатов, механизации и такой организации потоков данных, при которой найденный ключ немедленно превращался в большое число прочитанных сообщений. Hut 6 выросла из небольшой группы в подразделение с сотнями сотрудников.

Сначала использовались методы, восходившие к польским разработкам, включая листы Зыгальского. Затем всё большую роль стали играть предполагаемые фрагменты открытого текста — cribs — и машины Bombe. К 1943 году Hut 6 ежедневно работала более чем с двадцатью ключами и производила тысячи дешифровок.^[2]

Hut 8 и морская Enigma

Hut 8 занималась главным образом германской военно-морской Enigma. Её ранним руководителем был Алан Тьюринг. Морская задача была особенно сложной из-за более строгих процедур Kriegsmarine, дополнительных кодовых систем и меньшего количества удобных для анализа повторений.^[5]

Тьюринг разработал несколько методов, связанных с военно-морской Enigma. Одним из наиболее известных стал Banburismus — статистическая процедура, позволявшая сокращать число порядков роторов, которые требовалось проверять на Bombe. В этой работе участвовала математик Джоан Кларк.^[6]

Hut 8 также систематически искала cribs, то есть вероятные фрагменты немецкого открытого текста. Сотрудники изучали язык германских сообщений, стандартные формулы, особенности конкретных сетей и поведение операторов. Хороший crib превращался в логическую схему — menu, которую передавали на Bombe.

Идея британской Bombe

Британская Bombe была специализированной электромеханической машиной для поиска возможных настроек Enigma. Основной принцип разработал Алан Тьюринг; ключевое усовершенствование — диагональную панель — предложил Гордон Уэлчман.^[7]

Машина не «расшифровывала сообщение» в обычном смысле. Она многократно моделировала взаимосвязи, которые возникали бы при определённых положениях роторов, и искала логические противоречия. Большинство вариантов быстро отвергалось. Оставшиеся остановки проверялись криптоаналитиками.

Особенно полезным было свойство отражательной схемы Enigma, из-за которого буква не могла шифроваться сама в себя. Оно помогало как при размещении crib, так и при построении логических ограничений.

От прототипа к промышленной системе

Первый британский прототип Bombe был доставлен в Блетчли-парк весной 1940 года, но оказался недостаточно эффективным. Значительно более успешная переработанная машина вступила в работу в августе. После этого производство быстро расширялось.^[7]

Машины строила British Tabulating Machine Company в Летчуэрте под руководством инженера Гарольда Кина. По мере роста парка значительная часть оборудования размещалась уже не в самом Блетчли-парке, а на отдельных станциях Bombe.

Работа машин также не была исключительно мужской инженерной деятельностью. Большую часть операторского персонала составляли женщины из Women's Royal Naval Service. Они устанавливали барабаны, запускали задания, фиксировали остановки и обеспечивали круглосуточную эксплуатацию всё более крупного машинного парка.

Именно индустриальный масштаб отличал британскую систему от польской довоенной работы. Польские криптоаналитики создали математический фундамент и первые специализированные машины; Великобритания получила возможность производить десятки и затем сотни устройств и обслуживать огромный поток перехватов.

Cribs, menus и человеческий анализ

Механизация не устранила роль человека. Bombe могла эффективно работать только после подготовки подходящей задачи. Сотрудники искали фразы, которые с высокой вероятностью находились в сообщении: метеорологические формулы, стандартные заголовки, повторяющиеся служебные обороты и тексты, содержание которых можно было предположить по другим разведданным.

По словам GCHQ, в Hut 8 существовала отдельная работа по поиску cribs; один из её руководителей, Шон Уайли, сочетал знание языка и математики. Из crib строилось menu, задававшее связи, которые затем проверяла Bombe.^[8]

Плохой crib мог привести к бесполезному машинному поиску. Поэтому скорость криптоанализа зависела от сочетания инженерной мощности с пониманием германских процедур, языка и оперативной обстановки.

Перехват и анализ трафика

До криптоаналитика сообщение должно было быть обнаружено и принято. Британская сеть Y-stations перехватывала германские радиопередачи, фиксировала частоты, позывные, время и другие признаки.

Даже без чтения текста эти данные позволяли восстанавливать структуру сети связи и изменения в активности подразделений. Анализ трафика поэтому имел самостоятельную разведывательную ценность и одновременно помогал правильно распределять шифртексты между подразделениями Блетчли-парка.

Массовость перехвата была необходимым условием многих атак. Один текст мог не дать достаточно материала, но десятки и сотни сообщений одной сети позволяли искать повторения, ошибки операторов и устойчивые форматы.

Дешифровка не равнялась разведывательному сообщению

После нахождения ключа работа не заканчивалась. Требовалось расшифровать накопленные сообщения, перевести их, определить военную значимость и сопоставить с другими источниками. Не всякая прочитанная радиограмма была важна сама по себе.

Разведывательная информация, полученная из высокоуровневого чтения германской связи, распространялась под системой обозначений ULTRA. Доступ к ней строго ограничивался. Командованию требовалось использовать сведения так, чтобы германская сторона не поняла, что её шифрованные сети читаются.

Поэтому Блетчли-парк был не только криптографической лабораторией. Он являлся частью разведывательной системы, где техническое вскрытие шифра превращалось в материал для принятия военных решений.

Проблема морской Enigma

Наиболее драматические колебания успеха происходили в борьбе с военно-морской связью. В определённые периоды британцы читали важные сети Kriegsmarine и могли использовать сведения о подводных лодках в Битве за Атлантику.

Но 1 февраля 1942 года сеть атлантических подводных лодок перешла на четырёхроторную Enigma M4. Регулярное чтение этой связи было потеряно. Возвращение доступа потребовало новых криптоаналитических методов, захваченных документов и расширения машинных ресурсов.^[7]

Этот эпизод особенно хорошо показывает, почему нельзя говорить, что Enigma была «взломана раз и навсегда».

Сотрудничество с США

После вступления США в войну криптологическое сотрудничество расширилось. Американские специалисты получали британский опыт работы с Enigma, а ВМС США создали собственную высокоскоростную Bombe для четырёхроторной военно-морской машины.

Проект потребовал крупной инженерной и промышленной инфраструктуры. Американские Bombe работали параллельно с британскими средствами и помогали обрабатывать военно-морские ключи в период наиболее интенсивной борьбы за Атлантику.^[7]

Сотрудничество вокруг Enigma стало одним из элементов более широкого англо-американского разведывательного взаимодействия, которое продолжилось после войны.

Блетчли-парк и история вычислительной техники

Блетчли-парк часто описывают как «родину компьютера», но эта формула требует уточнения. Bombe была электромеханической специализированной системой и не являлась универсальным электронным компьютером.

Электронные машины Colossus действительно были созданы в британской криптологической системе во время войны, однако предназначались прежде всего для анализа телетайпного шифра Lorenz, а не Enigma. Смешение Bombe и Colossus стирает различие между двумя крупными направлениями криптоанализа.

Историческое значение Блетчли-парка для вычислительной техники шире: здесь задачи превращались в формальные процедуры, которые можно было частично передать машинам; создавались огромные потоки данных; специалисты разных профессий строили системы, где человек и вычислительное устройство выполняли разные этапы одной аналитической работы.

Масштаб и значение

К концу войны Блетчли-парк и связанные с ним станции представляли собой организацию с тысячами сотрудников. Математики составляли лишь небольшую, хотя и заметную часть этой системы. В работе участвовали лингвисты, инженеры, операторы, переводчики, военные специалисты, архивисты и сотрудники связи.

Вклад Enigma-разведки в победу союзников был значительным, но популярные утверждения о точном числе лет, на которое ULTRA якобы «сократила войну», являются контрфактическими оценками. Надёжнее рассматривать конкретные кампании и решения: воздушную войну, Северную Африку, борьбу с подводными лодками, подготовку операций и оценку германских сил.

Главный результат Блетчли-парка состоял в способности постоянно превращать нестабильные криптоаналитические успехи в массовый поток разведывательной информации. В этом отношении история Enigma — не только история шифра, но и история новой организации знания и вычислительного труда.

Литература

Welchman G. The Hut Six Story: Breaking the Enigma Codes. McGraw-Hill, 1982.
Hinsley F. H., Stripp A. (eds.). Codebreakers: The Inside Story of Bletchley Park. Oxford University Press, 1993.
Copeland B. J. (ed.). Colossus: The Secrets of Bletchley Park's Code-breaking Computers. Oxford University Press, 2006.

См. также

Примечания

↑ ^1,0 ^1,1 GCHQ. The Pyry Forest Meeting.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 Bletchley Park Trust. Gordon Welchman.
↑ GCHQ. Director GCHQ commemorates crucial pre-war Enigma information-sharing meeting in Poland. 2014.
↑ GCHQ. Gordon Welchman.
↑ GCHQ. Alan Turing.
↑ GCHQ. Joan Clarke.
↑ ^7,0 ^7,1 ^7,2 ^7,3 Wilcox J. Solving the Enigma: History of the Cryptanalytic Bombe. Center for Cryptologic History, National Security Agency.
↑ GCHQ. "He was one of the finest people I have ever met".

[Pyry-1] 1,0 ^1,1 GCHQ. The Pyry Forest Meeting.

[WelchmanBP-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 Bletchley Park Trust. Gordon Welchman.

[GCHQ2014-3] GCHQ. Director GCHQ commemorates crucial pre-war Enigma information-sharing meeting in Poland. 2014.

[WelchmanGCHQ-4] GCHQ. Gordon Welchman.

[TuringGCHQ-5] GCHQ. Alan Turing.

[Clarke-6] GCHQ. Joan Clarke.

[Wilcox-7] 7,0 ^7,1 ^7,2 ^7,3 Wilcox J. Solving the Enigma: History of the Cryptanalytic Bombe. Center for Cryptologic History, National Security Agency.

[Wylie-8] GCHQ. "He was one of the finest people I have ever met".

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]